Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique
1 / Connaître avant tout le principe d’une pompe à chaleur
Le système de pompe à chaleur fonctionne en fait comme un réfrigérateur (mais à l’inverse, la chaleur est transférée de l’intérieur du réfrigérateur vers l’extérieur). En géothermie, le terme de pompe à chaleur (PAC) est surtout utilisé pour désigner des systèmes de chauffage domestique.
Une pompe à chaleur géothermique peut fonctionner uniquement dans un sens pour produire du froid (climatiseur froid seul) ou du chaud (pompe à chaleur solaire) ou bien dans les deux sens (pompe à chaleur réversible qui produit du frais en été et de la chaleur en hiver).
Une pompe à chaleur géothermique peut fonctionner uniquement dans un sens pour produire du froid (climatiseur froid seul) ou du chaud (pompe à chaleur solaire) ou bien dans les deux sens (pompe à chaleur réversible qui produit du frais en été et de la chaleur en hiver).
On distingue plusieurs types de pompe à chaleur géothermiques: (air/air, air/eau, eau/eau ou sol/sol => le premier terme définit l’origine de l’énergie / le deuxième terme définit le type de diffusion possible).
Pompe à chaleur air/air
La chaleur est prélevée dans l’air et est transférée directement à l’air du local à chauffer ou à refroidir.
Pompe à chaleur air/eau
La chaleur est prélevée dans l’air et est transférée à un circuit d’eau qui alimentera par exemple un plancher chauffant et/ou rafraîchissant, des radiateurs ventilo-convecteurs ou aérothermes.
2 / Principe de fonctionnement d’une pompe à chaleur géothermique
Pompe à chaleur géothermique eau/eau
Le système prélève la chaleur dans un circuit d’eau en contact avec un élément qui lui fournira la chaleur (terre, nappe phréatique) pour la transférer à un autre circuit d’eau (système généralement adopté pour la géothermie.
Pompe à chaleur géothermique sol/sol
La pompe à chaleur sol/sol puise la chaleur dans la terre et la diffuse dans la maison via un plancher chauffant. Très efficace, la pompe à chaleur sol / sol est conseillée dans le cadre de construction ou d’importantes rénovations, le plancher chauffant étant un émetteur lourd à installer.
La performance énergétique d’une pompe à chaleur se traduit par le rapport entre la quantité de chaleur produite par celle-ci et l’énergie électrique consommée par le compresseur. Ce rapport est le coefficient de performance (COP) de la pompe à chaleur géothermique.
Le COP ou coefficient de performance est de l’ordre de 5 sur les modèles de pompe à chaleur géothermiques installés actuellement (cela signifie que pour 1 kW d’électricité consommée, la maison recevra 5 kW de chaleur).
Les systèmes les plus performants ont des COP de 7. Les systèmes à air, moins performants, ont des COP variant de 2 à 5,20.
NB : la chaleur des premières dizaines de mètres du sol n’est pas due à la chaleur profonde de la terre, mais au rayonnement solaire, la pompe à chaleur (PAC) est souvent qualifiée de géothermique, ce qui est abusif car il s’agit en réalité d’un chauffage solaire utilisant l’électricité.
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La pompe à chaleur géothermique comporte un circuit de captage formé de capteurs.
Dans le cas de capteurs horizontaux :
le circuit est constitué de tubes en boucle, enterrés à faible profondeur entre 0,60 et 1,20 mètre, sur une surface devant représenter entre 1,5 et 2 fois la surface à chauffer. Y circule le fluide frigorigène.
Dans le cas de capteurs verticaux :
le circuit est composé de 2 tubes de 75 mètres (sondes géothermiques), distants de 10 m et reliés entre eux en formant une boucle. Son avantage sur les capteurs horizontaux est la faible surface qu’il requiert.
Quant à la pompe à chaleur géothermqiue elle-même, elle est constituée, dans l’ordre du cycle:
- un évaporateur permettant l’évaporation du fluide frigorigène grâce à la chaleur captée,
- un compresseur aspirant le fluide vaporisé et élevant la température (1),
- un condensateur faisant revenir le fluide à l’état liquide,
- un détendeur abaissant la pression du liquide frigorigène.
(1) C’est après l’élévation de la température que le fluide transmet sa chaleur directement à l’air à chauffer ou à l’eau du circuit de chauffage.
La pompe à chaleur géothermique est le système de chauffage qui émet le moins de CO2 (voir tableau comparatif)
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